专利名称：直线对焊热电偶及测量修正方法
技术领域：
本发明涉及测量火焰温度技术领域，是一种用于测量火焰温度场的直 线对焊热电偶及测量修正方法，通过本发明的直线对焊热电偶及其测量修 正方法可以精确测量火焰温度场。
背景技术：
用热电偶测量火焰温度时会遇到以下几个问题1)辐射误差，由于 火焰的温度很高，热电偶的辐射误差必须进行修正。2)导热误差，在大 部分测温场合，只要热电偶安装合理，其导热误差就可以忽略不计，但是在火焰中由于温度梯度很大，导热误差有时可以高达40(TC。因此也必须 进行修正。而且作为接触式测量，热电偶在测温过程中会对火焰流场造成干扰。3)热电偶丝受热膨胀变长，使得偶丝在气流的作用下摆动，造成领!j温误差。针对以上测量火焰的特点，本发明提供一种直线对焊热电偶及测量修正方法。发明内容本发明的目的在于提供一种直线对焊热电偶，采用特殊的结构形式以 便对火焰流场的影响减至最小，并提供一种测量修正方法可以对热电偶的 辐射和导热误差进行修正，以得到准确的火焰温度值。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是 一种直线对焊热电偶， 包括偶丝、偶丝接头、细钢管、支撑块、固定螺栓、弹簧和导线，其中，两根细钢管的近一端部通过固定螺栓固定在支撑块上，其中一根钢管 作为固定臂，其位置在测量时保持不变，另一根钢管作为可动臂，能自由 活动；固定臂和可动臂的另一端分别装有偶丝接头，两偶丝接头的一端与穿过两细钢管的导线相连；偶丝的两端分别通过细螺钉固定在两偶丝接头上；固定臂和可动臂的一端套有弹簧，通过弹簧对可动臂位置的调节来控 制偶丝的拉伸程度，使得偶丝始终保持直线拉伸状态，防止振动。所述的直线对焊热电偶，其偶丝是用对焊技术焊接。所述的直线对焊热电偶，其通过弹簧的预紧力来消除热电偶测温过程 中偶丝的热膨胀引起的误差。所述的直线对焊热电偶，其由于测温过程中只有细偶丝穿过火焰，因 此对火焰的影响很小。所述的直线对焊热电偶，测温时，热电偶的测温点由火焰的横截面的 左端一点点移动到火焰的右端，测得一系列的温度值。所述的直线对焊热电偶，对其测量结果，用热电偶的一维能量平衡方 程的离散化求解法，进行导热和辐射误差的修正。本发明通过对能量平衡方程的求解得到修正后的温度值，由于能量平 衡方程中考虑了热电偶的导热损失、换热损失和辐射损失，因此修正后的温度值弥补了误差损失，更接近于真实值。
图1是本发明直线对焊热电偶的结构示意图； 图2是本发明的数学模型示意图。
具体实施方式
本发明提供的直线对焊热电偶包括对焊偶丝、偶丝接头、细钢管、支 撑块、固定螺栓、弹簧和导线，其中两根细钢管通过固定螺栓固定在支撑块上，其中一根钢管作为固定 臂，其位置在测量时保持不变，另一根钢管作为可动臂，可以自由活动；固定臂和可动臂的上端分别装有偶丝接头，偶丝接头一端与穿过细钢 管的导线相连；偶丝的两端分别通过细螺钉固定在偶丝接头上；固定臂和可动臂的末端套有弹簧，通过弹簧对可动臂位置的调节来控制偶丝的拉伸程度，使得测量过程中偶丝始终保持直线拉伸状态，防止振 动；测量过程中偶丝在火焰流场中移动，只有偶丝与流场接触，由于偶丝 通常采用较细的直径，所以上述结构形式的热电偶可以使得热电偶对火焰 流场的干扰减至最小。由于热电偶在测量过程存在导热和辐射热损失，因此测得数据与真实 温度值存在一定的误差。为了减小和消除这种误差，本发明还提供相应的 温度修正程序。热电偶在测量过程中，满足以下的一维能量平衡方程<formula>formula see original document page 8</formula>式中，X,——热电偶的横截面面积； ^——热电偶的表面积； ~——热电偶周围气体的温度； r——热电偶的热力学温度； 乙——环境的热力学温度； 义——热电偶的导热系数； A——热电偶的表面传热系数； s——热电偶的发射率；CT——黑体辐射常数。 附图是本发明的结构示意图和数学模型示意图。参照图1可知，两根细钢管通过固定螺栓7固定在支撑块6上，其中一根钢管作为固定臂5，其位置在测量时保持不变，另一根钢管作为可动臂4，可以自由活动；固定臂5和可动臂4的上端分别装有偶丝接头3，两偶丝接头3的一端各与穿过两细钢管的导线9相连；偶丝2的两端分别通过细螺钉固定在两偶丝接头3上；固定臂5和可动臂4的末端套有弹簧8，在测量过程中通过弹 簧8对可动臂4位置的自动调节来控制偶丝2的拉伸程度，防止偶丝2在 气流中出现振动，l为热电偶的对焊测温点。测温时，热电偶的测温点从火焰的一端一点点移动到火焰的另一端， 测得一系列的火焰温度。测得的温度值通过修正程序进行导热和辐射误差 修正。按照图2所示的模型示意图，首先将热电偶的一维能量平衡方程进 行离散化，然后把热电偶测得的温度值作为j;的初始值带入离散方程组求 解r，计算得到的结果再作为z;带入方程组进行反复迭代，直到满足一定的收敛条件。通过上述方法计算得到的温度值即为被测介质的修正温度值，由于进行了导热和辐射损失的补偿，其数值很准确的反映了火焰的真实温度值。
权利要求
1. 一种直线对焊热电偶，包括偶丝、偶丝接头、细钢管、支撑块、固定螺栓、弹簧和导线，其特征是其中，两根细钢管的近一端部通过固定螺栓固定在支撑块上，其中一根钢管作为固定臂，其位置在测量时保持不变，另一根钢管作为可动臂，能自由活动；固定臂和可动臂的另一端分别装有偶丝接头，两偶丝接头的一端与穿过两细钢管的导线相连；偶丝的两端分别通过细螺钉固定在两偶丝接头上；固定臂和可动臂的一端套有弹簧，通过弹簧对可动臂位置的调节来控制偶丝的拉伸程度，使得偶丝始终保持直线拉伸状态，防止振动。
2. 如权利要求1所述的直线对焊热电偶，其特征是其偶丝是用对 焊技术焊接。
3. 如权利要求1所述的直线对焊热电偶，其特征是通过弹簧的预紧力来消除热电偶测温过程中偶丝的热膨胀引起的误差。
4. 如权利要求1所述的直线对焊热电偶，其特征是由于测温过程 中只有细偶丝穿过火焰，因此对火焰的影响很小。
5. —种如权利要求1所述的直线对悍热电偶的测量修正方法，其特 征在于，测温时，在火焰的每一个横截面上，将热电偶的测温点由火焰的 左端一点点移动到右端，从而测得此截面上的一系列温度值；然后用一维 能量平衡方程进行导热和辐射误差的修正。
6. 如权利要求5所述的测量修正方法，其特征在于，所述一维能量平衡方程为-4义^ + ^2(^-0-"，C7("-0 = 0，其中，4——热电偶的横血 —截面面积；4——热电偶的表面积；^——热电偶周围气体的温度；r——热电偶的热力学温度；t;—_环境的热力学温度；义——热电偶的导热系数；A——热电偶的表面传热系数；s——热电偶的发射率；cr一一 黑体辐射常数。
全文摘要
一种直线对焊热电偶及测量修正方法，该热电偶由对焊偶丝、偶丝接头、细钢管、支撑块、固定螺栓、弹簧和导线组成。两根细钢管通过固定螺栓固定在支撑块上，其中一根钢管作为固定臂，其位置在测量时保持不变，另一根钢管作为可动臂，可以自由活动；固定臂和可动臂的上端分别装有偶丝接头，偶丝接头一端与穿过细钢管的导线相连；偶丝的两端分别通过细螺钉固定在偶丝接头上；固定臂和可动臂的末端套有弹簧，通过弹簧对可动臂位置的调节来消除偶丝的热膨胀造成的测量误差。用热电偶直接测量火焰温度场存在很大的导热和辐射误差，而使用本发明的测量方法和计算机修正程序对直线对焊热电偶的测量结果进行修正，可最大限度减小测混过程中的误差。
文档编号G01K7/02GK101221074SQ200710063370
公开日2008年7月16日 申请日期2007年1月10日 优先权日2007年1月10日
发明者张哲巅, 岳 王, 穆克进, 肖云汉 申请人:中国科学院工程热物理研究所